Mô phỏng nhận dạng và các yếu tố ảnh hưởng đến đánh giá chất lượng điện năng sụt giảm điện áp ngắn hạn trong lưới điện công nghiệp

TRẦN THANH SƠN MÔ PHỎNG NHẬN DẠNG VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG SỤT GIẢM ĐIỆN ÁP NGẮN HẠN TRONG LƯỚI ĐIỆN CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT Đ

TRẦN THANH SƠN

MÔ PHỎNG NHẬN DẠNG VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN

ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG (SỤT GIẢM ĐIỆN ÁP NGẮN HẠN) TRONG LƯỚI ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

KỸ THUẬT ĐIỆN HƯỚNG HỆ THỐNG ĐIỆN

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ luận văn này do chính bản thân tôi nghiên cứu, tính toán và phân tích

Số liệu đưa ra trong luận văn dựa trên kết quả tính toán trung thực của tôi, không sao chép của ai hay số liệu đã được công bố

Nếu sai với lời cam kết trên, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Tác giả

Trần Thanh Sơn

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC 2

CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU 4

DANH MỤC CÁC BẢNG 5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 6

CHƯƠNG MỞ ĐẦU 8

1. Tính cấp thiết của đề tài: 8

2. Tên đề tài: Mô phỏng, nhận dạng và các yếu tố ảnh hưởng đến đánh giá chất lượng điện năng ( Sụt giảm điện áp ngắn hạn) trong lưới điện CN 8

3. Tóm tắt nội dung luận văn: 8

4 Ý nghĩa khoa học của đề tài: 9

5 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: 10

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG – BIẾN THIÊN ĐIỆN ÁP NGẮN HẠN (RMS VOLTAGE VARIATION) 11

1.1 Sự cần thiết của việc nghiên cứu về chất lượng điện năng 11

1.1.1 Các hiện tượng, biểu hiện liên quan đến chất lượng điện năng 12

1.1.2 Các vấn đề, ảnh hưởng của chất lượng điện năng 13

1.1.3 Các giải pháp nâng cao chất lượng điện năng 13

1.1.4 Bảng nội dung thiết kế có xem xét vấn đề chất lượng điện năng 14

1.2 Biến thiên điện áp ngắn hạn và mất điện 15

1.2.1 Khái niệm chung về biến thiên điện áp ngắn hạn và mất điện 15

1.2.2 Vùng bị ảnh hưởng 19

1.2.3 Các biện pháp ngăn ngừa và loại trừ sự cố biến thiên điện áp ngắn hạn và mất điện 19

1.3 Kết luận 24

CHƯƠNG 2 – BIẾN THIÊN ĐIỆN ÁP NGẮN HẠN VÀ CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ 25

2.1 Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy cung cấp điện trong lưới phân phối 25

2.1.1 Tần suất mất điện trung bình - SAIFI 25

2.1.2 Thời gian mất điện trung bình- SAIDI 26

2.1.3 Tần suất khách hàng bị mất điện trung bình- CAIFI 26

2.1.4 Thời gian trung bình khách hàng bị mất điện- CAIDI 26

2.1.5 Mức độ sẵn sàng trung bình của hệ thống -ASAI 26

2.2 Các chỉ tiêu đánh giá hiện tượng biến thiên điện áp ngắn hạn trong lưới phân phối 27 2.2.1 SARFI – Tần suất biến thiên điện áp trung bình 27

2.2.1.1 Chỉ số SARFI x 27

2.2.1.2 Đường cong SARFI 28

2.2.2 ASIDI – Thời gian mất điện trung bình 29

2.3 Kết luận 30

CHƯƠNG 3 – MÔ HÌNH TÍNH TOÁN BIẾN THIÊN ĐIỆN ÁP NGẮN HẠN TRÊN

LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 31

3.1 Thông tin về biến thiên điện áp ngắn hạn trong lưới điện trong quá khứ 31

3.2 Mô phỏng phân bố sự cố 32

3.3 Sơ đồ khối tính toán biến thiên điện áp ngắn hạn trong lưới phân phối 33

3.4 Kết luận 34

CHƯƠNG 4 – TÍNH TOÁN, PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐÁNH GIÁ BIẾN THIÊN ĐIỆN ÁP NGẮN HẠN TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI CÔNG NGHIỆP LỘ 476 – TRẠM 110KV GI ẾNG ĐÁY 35

4.1 Mô phỏng phân bố sự cố trên lộ 476 trạm 110 kV Giếng Đáy 35

4.2 Thông số vận hành tại chế độ xác lập 42

4.3.Tính ngắn mạch và tổng hợp giá trị điện áp, tần suất sụt giảm điện áp 44

4.4 Đánh giá voltage sag theo chỉ tiêu SARFIx trong chế độ phụ tải max 44

4.4.1 Đánh giá voltage sag tại vị trí Node 3_476 (Nút 3 lộ 476: Trạm Giếng Đáy 5) 44 4.4.2 Đánh giá Voltage sag cho cả hệ thống 50

4.5 Đánh giá voltage sag theo chỉ tiêu SARFIx trong trường hợp chế độ phụ tải cực tiểu 56

4.6 Đánh giá voltage sag theo chỉ tiêu SARFIx có xét đến ảnh hưởng của nguồn phân tán: 58

4.6.1 Ảnh hưởng của vị trí nguồn phân tán (DG) 58

4.6.1 Ảnh hưởng của mức độ tập trung hay phân tán (DG) 61

CHƯƠNG 5 - CÁC KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ĐƯỢC ĐƯA RA 64

5.1 Kết luận chung 64

5.2 Các đề xuất 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

4 PSS/ADEPT Power System Simulator/Advanced Distribution Engineering Productivity

6 IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineer Viện kỹ nghệ điện và điện tử

7 IEC International Electrotechnical Commission Hiệp hội kỹ thuật điện tử quốc tế

Nguồn điện phân tán

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Các nội dung thiết kế xét yếu tố chất lượng điện năng 15

Bảng 1.2 Chi phí đầu tư và suất chi phí O&M khắc phục sự cố sụt áp 20

Bảng 4.1 Số thứ tự, tên nút (Trong PSS/Adept), tên trạm biến áp 38

Bảng 4.2 Các vị trí tính ngắn mạch (15 vị trí) trên đường dây và chiều dài khoảng tính ngắn mạch 39

Bảng 4.3 Mức sự cố trên lưới điện 40

Bảng 4.4 Phân bố suất sự cố tại các vị trí trạm biến áp 41

Bảng 4.5 Phân bố suất sự cố tại các vị trí ngắn mạch trên đường dây 42

Bảng 4.6 Điện áp tại các nút trong chế độ xác lập 42

Bảng 4.7 Giá trị điện áp tại trạm Giếng Đáy 5 (Node3_476) khi xảy ra ngắn mạch 1 pha tại nút tải (28 nút) trên lưới phân phối 22 kV trạm 110 kV Giếng Đáy 45

Bảng 4.8 Giá trị điện áp tại trạm Giếng Đáy 5 (Node3_476) khi xảy ra ngắn mạch 1 pha tại các điểm ngắn mạch đường dây (15 nút) trên lưới phân phối 22 kV trạm 110 kV Giếng Đáy 46

Bảng 4.9 Tần suất sụt giảm điện áp pha nhỏ nhất tại trạm Giếng Đáy 5 (Node3_476) khi xảy ra ngắn mạch 1 pha tại các điểm ngắn mạch tại trạm biến áp phân phối (28 nút) trên lưới phân phối 22 kV trạm 110 kV Giếng Đáy 47

Bảng 4.10 Tần suất sụt giảm điện áp pha nhỏ nhất tại trạm Giếng Đáy 5 (Node3_476) khi xảy ra ngắn mạch 1 pha tại các điểm ngắn mạch tại đường dây (15 nút) trên lưới phân phối 22 kV trạm 110 kV Giếng Đáy 48

Bảng 4.11 Tổng hợp tần suất sụt giảm điện áp pha nhỏ nhất tại trạm Giếng Đáy 5 (Node3_476) 49

Bảng 4.12 Chỉ số SARFIx xét tại vị trí trạm Giếng Đáy 5 (Node3_476) 49

Bảng 4.13 Tổng hợp tần suất sụt giảm điện áp pha nhỏ nhất của toàn bộ 28 vị trí trên lưới phân phối 51

Bảng 4.14 Tần suất sự cố sag có biên độ nhỏ hơn ngưỡng điện áp x tại 28 vị trí trên lưới phân phối 52

Bảng 4.15 Chỉ tiêu SARFIx của cả hệ thống 54

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Các biện pháp nhằm nâng cao chất lượng điện áp 14

Hình 1.2 Biến thiên điện áp ngắn hạn của hệ thống điện mạch kép khi một mạch bị ngắn mạch 16

Hình 1.3 Biểu diễn quá trình biến thiên điện áp 16

Hình 1.4 Mười dải biến thiên điện áp ngắn hạn phân chia theo biên độ sụt áp 17

Hình 1.5 Các nguồn gây biến thiên điện áp ngắn hạn và mất điện 18

Hình 1.6 Đường cong chịu đựng biến thiên điện áp ngắn hạn của thiết bị điện 18

Hình 1.7 Vùng bị ảnh hưởng của biến thiên điện áp ngắn hạn và mất điện 19

Hình 1.8 Mạch điện hình tia sử dụng các cầu chì tại các mạnh nhánh 23

Hình 1.9 Phân đoạn thanh cái bằng thiết bị tự động đóng lại 23

Hình 2.1 Đường cong SAIFI tại Châu Âu 25

Hình 2.2 Đường cong CBEMA 28

Hình 2.3 Đường cong ITIC 28

Hình 2.4 Đường cong SEMI 29

Hình 3.1 Sơ đồ khối của chương trình tính toán 34

Hình 4.1 Lưới điện 22 kV trạm 110/22 kV Giếng Đáy 37

Hình 4.2 Tần xuất sụt giảm điện áp trung bình của hệ thống theo khoảng điện áp trong trường hợp chế độ phụ tải max 55

Hình 4.3 Chỉ tiêu tần suất sụt giảm điện áp trung bình của hệ thống SARFIx trong trường hợp chế độ phụ tải max 55

Hình 4.4 Tần xuất sụt giảm điện áp trung bình của hệ thống theo khoảng điện áp trong trường hợp chế độ phụ tải min 56

Hình 4.5 Chỉ tiêu tần suất sụt giảm điện áp trung bình của hệ thống SARFIx trong trường hợp chế độ phụ tải min 56

Hình 4.6 Tần suất sụt giảm điện áp trung bình của hệ thống khoảng điện áp so sánh trong 2 CĐ max và min 57

Hình 4.7 Tần suất sụt giảm điện áp trung bình của hệ thống khoảng điện áp so sánh chế độ làm việc của phụ tải 57

Hình 4.8 Chỉ tiêu tần suất sụt giảm điện áp trung bình của hệ thống SARFIx so sánh chế độ làm việc của phụ tải 58

Hình 4.9 Tần xuất sụt giảm điện áp trung bình của hệ thống theo khoảng điện áp với

DG đặt ở đầu đường dây 59

Hình 4.10 Tần xuất sụt giảm điện áp trung bình của hệ thống theo khoảng điện áp

với DG đặt ở giữa đường dây 59

Hình 4.11 Tần xuất sụt giảm điện áp trung bình của hệ thống theo khoảng điện áp

với DG đặt ở cuối đường dây 60

Hình 4.12 Tần xuất sụt giảm điện áp trung bình của hệ thống theo khoảng điện áp so

Hình 4.15 Tần xuất sụt giảm điện áp trung bình của hệ thống theo khoảng điện áp

với DG đặt ở cuối đường dây 61

Hình 4.16 Tần xuất sụt giảm điện áp trung bình của hệ thống theo khoảng điện áp

với3 DG đặt ở đầu, giữa và cuối đường dây 62

Hình 4.17 Tần xuất sụt giảm điện áp trung bình của hệ thống theo khoảng điện áp

so sánh mật độ tập trung của DG 62

Hình 4.1 8 Chỉ tiêu tần suất sụt giảm điện áp trung bình của hệ thống SARFIx so sánh mật độ tập trung hay phân tán của DG 6 3

CHƯƠNG MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Lưới điện công nghiệp ngày càng đóng vai trò quan trọng trong công cuộc công nghiệp hóa đất nước Ngành công nghiệp càng phát triển, đòi hỏi chất lượng điện năng ngày càng cao như việc ứng dụng các thiết bị điện - điện tử, các thiết bị

có bộ vi điều khiển, các thiết bị điện tử công sất … trong các dây chuyền, nhà máy công nghiệp Các thiết bị này rất nhạy cảm với những vấn đề về chất lượng điện năng trong hệ thống điện

Chất lượng điện năng trong hệ thống điện là một phạm trù rộng lớn Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng điện năng trong đó chất lượng điện áp là một chỉ tiêu quan trọng Một trong các vấn đề về chất lượng điện năng đã được nhiều nhà nghiên cứu xem xét và đánh giá là hiện tượng biến thiên điện áp ngắn hạn (Voltage sags) trong lưới phân phối

Trong những năm gần đây cũng đã có một số đề tài nghiên cứu về vấn đề biến thiên điện áp ngắn hạn (sụt giảm điện áp ngắn hạn) trong lưới phân phối Trong luận văn này tôi xin phép được tiến hành nghiên cứu đánh giá hiện tiện sụt giảm điện áp ngắn hạn trong lưới công nghiệp có xét đến một số yếu tố ảnh hưởng (đề tài xét ảnh hưởng của chế độ hoạt động của phụ tải, vị tri đặt DG và mức độ tập trung hay phân tán của DG) Lưới điện được xét trong luận văn là lưới điện 22 kV của lộ 476 từ trạm biến áp 110 kV đang vận hành: có 28 phụ tải, 43 nút

2 Tên đề tài: Mô phỏng, nhận dạng và các yếu tố ảnh hưởng đến đánh giá chất lượng điện năng ( Sụt giảm điện áp ngắn hạn) trong lưới điện

CN

3 Tóm tắt nội dung luận văn:

Luận văn trình bày việc mô phỏng, nhận dạng một hiện tượng chất lượng điện năng trên lưới công nghiệp là sụt giảm điện áp ngắn hạn (Voltage sag) Việc

đánh giá này dựa trên việc chỉ tiêu SARFIx có xét đến các yếu tố ảnh hưởng đến đánh giá sụt áp ngắn hạn Nội dung chính của luận văn bao gồm các phần sau: Chương 1 Nghiên cứu tổng quan về chất lượng điện năng, biến thiên điện áp ngắn hạn

Chương 2 Trình bày về biến thiên điện áp ngắn hạn và các chỉ tiêu đánh giá: Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy cung cấp điện, các chỉ tiêu đánh giá hiện tượng biến thiên điện áp ngắn hạn trong lưới phân phối, một số đường cong chịu đựng của thiết

bị

Chương 3 Xây dựng bài toán đánh giá sụt giảm điện áp ngắn hạn trên lưới công nghiệp Mô phỏng sự cố dẫn đến sụt giảm điện áp, mô phỏng lưới điện trong phần mềm PSS/Adept cho tính toán ngắn mạch, xây dựng thuật toán để tính

Chương 4 Áp dụng phương pháp dự báo ngẫu nhiên đánh giá sụt giảm điện áp cho lưới điện phân phối 22 kV tại 1 trạm 110 kV Đánh giá theo chỉ số SARFIx có xét đến các yếu tố ảnh hưởng:

- Ảnh hưởng của chế độ làm việc của phụ tải

- Ảnh hưởng của vị trí đặt DG

- Ảnh hưởng của mức độ tập trung hay phân tán của DG

Chương 5 Đưa ra các kết luận và đề xuất cho hướng nghiên cứu tiếp theo

4 Ý nghĩa khoa học của đề tài:

Luận văn đã trình bày một phương pháp đánh giá hiện tượng voltage sag lưới điện công nghiệp có xét đến một số yếu tố ảnh hưởng đến hiện tượng sụt giảm điện

áp ngắn hạn như: chế độ làm việc của phụ tải, vị tri đặt DG và mức độ tập trung hay phân tán của DG trong lưới điện

Đây là một đề tài mới, dựa vào việc mô phỏng để đánh giá chất lượng điện năng mà không thể thực hiện được bằng các phương pháp đo lường Các số liệu đầu vào phục vụ việc tính toán trong luận văn là các số liệu thực tế trên lưới phân phối

22 kV (Lộ 476 Giếng Đáy)

5 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:

Chỉ tiêu SARFIx được trình bày trong luận văn sẽ là một trong các cơ sở được xem xét trong quá trình lập hợp đồng mua bán điện giữa Công ty điện lực và các khách hàng sử dụng điện

Các khách hàng sử dụng điện có thể căn cứ vào kết quả đánh giá hiện tượng sụt giảm điện áp ngắn hạn trên lưới phân phối theo chỉ tiêu SARFIx và kết hợp với đặc điểm điện áp làm việc của từng loại phụ tải điện để có thể xác định được tần suất sụt giảm điện áp làm cho phụ tải ngừng hoạt động cũng như là tần suất sụt giảm điện áp không làm ảnh hưởng đến hoạt động của phụ tải

Luận văn có tính thực tiễn để dự báo tình hình chất lượng điện năng trong điều kiện khó khăn để giám sát

Luận văn đã mô phỏng và xét được một số yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng điện năng dựa trên các số liệu thực của lưới điện phân phối trên 1 lộ của trạm 110 kV khu vực Giếng Đáy Luận văn đã xét ảnh hưởng của chế độ làm việc của phụ tải, vị trí đặt DG và mức độ tập trung hay phân tán của DG đến việc đánh giá biến thiên điện áp trong lưới phân phối Đề tài có thể là tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu tiếp theo

về chất lượng điện năng

Để hoàn thành luận văn này, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Bạch Quốc Khánh cùng các thầy cô giáo trong bộ môn Hệ thống điện – Viện Điện – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình trong suốt quá trình làm luận văn

Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và có những đóng góp quý báu cho bản luận văn

Để bản luận văn được hoàn chỉnh hơn và hướng nghiên cứu trong bản luận văn được phát triển tiếp, tác giả mong nhận thêm được sự góp ý của các thầy cô giáo, bạn bè và các bạn đọc

Xin trân trọng cảm!

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG – BIẾN THIÊN ĐIỆN ÁP NGẮN HẠN (RMS VOLTAGE VARIATION)

1.1 Sự cần thiết của việc nghiên cứu về chất lượng điện năng

Các công ty Điện lực và các khách hàng sử dụng điện ngày càng quan tâm đến chất lượng của hệ thống điện mà họ sử dụng Từ thập kỷ 80 trở lại đây, thuật ngữ

“chất lượng điện năng” đã trở thành một trong những từ xuất hiện nhiều nhất trong ngành công nghiệp năng lượng điện Các lý do chính để lý giải cho sự quan tâm của các Công ty điện lực cũng như các khách hàng đến chất lượng của hệ thống điện đó là:

a Ngày càng có nhiều thiết bị điện nhạy cảm với sự thay đổi của chất lượng điện năng hơn so với các thiết bị điện trong quá khứ Rất nhiều thiết bị điện mới có

sử dụng bộ vi xử lý, vi điều khiển, thiết bị điện tử công suất đã được sử dụng Trong quá trình hoạt động, các thiết bị này rất nhạy cảm với các loại nhiễu loạn trong hệ thống điện, hay nói cách khác chúng là các thiết bị rất nhạy cảm với các vấn đề liên quan đến chất lượng điện năng như là độ lệch về điện áp, dòng điện cũng như là tần

số

b Do yêu cầu ngày càng cao của hệ thống điện cũng như là các máy móc, thiết

bị, dây chuyền sản xuất, về hiệu quả hoạt động dẫn tới đòi hỏi chúng ta phải tiến hành áp dụng các thiết bị có hiệu suất cao, sử dụng các phương pháp sản xuất tiên tiến hơn Đối với các dây chuyền sản xuất, để tăng hiệu suất sử dụng năng lượng người ta đã sử dụng các động cơ có điều chỉnh tốc độ thông qua các thiết bị điều khiển điện tử công suất (chỉnh lưu, nghịch lưu), các thiết bị này rất nhạy cảm so với

độ lệch của điện áp cung cấp Đối với hệ thống phân phối điện, người ta đã sử dụng các thiết bị bù nhằm làm giảm tổn thất và tăng hệ số công suất Việc áp dụng các thiết bị mới này sẽ gây ra các sóng hài trong hệ thống điện và có rất nhiều người quan tâm đến các tác động của chúng trong tương lai đối với khả năng hoạt động của hệ thống

c Khách hàng sử dụng điện ngày càng nhận thức được về những vấn đề về chất lượng điện năng Họ ngày càng hiểu biết nhiều hơn về những hiện tượng như là mất điện, sụt giảm điện áp, các dao động do việc đóng cắt điện Và điều đó đã kích thích các Công ty điện lực cải thiện chất lượng của việc phân phối điện

d Có rất nhiều yếu tố liên hệ với nhau trong một hệ thống, quá trình tích hợp

đó có nghĩa rằng bất cứ một sự cố xảy ra ở một phần tử nào trong hệ thống cũng đều gây ra hậu quả lớn đối với hệ thống

Sự thúc đẩy chính của sự cần thiết phải quan tâm đến chất lượng điện năng sau những lý do trên là sự gia tăng khả năng sản xuất cho khách hàng sử dụng điện Các ngành công nghiệp sản xuất theo dây chuyền muốn tốc độ sản xuất nhanh hơn, sản xuất ra nhiều sản phẩm hơn, hiệu suất sử dụng của các máy móc cao hơn, tuổi thọ thiết bị sản xuất kéo dài ra hơn Các Công ty Điện lực cũng đang khuyến khích những mong muốn đó bởi nó giúp cho khách hàng tiêu thụ điện trở nên có nhiều lợi nhuận hơn đồng thời giúp cho ngành điện trì hoãn được lượng vốn đầu tư rất lớn đối với trạm biến áp, các nhà máy điện bằng cách sử dụng các thiết bị điện có hiệu suất cao Vấn đề đáng quan tâm là các thiết bị được sử dụng để tăng khả năng sản xuất thường phải chịu phần lớn những hư hại và đôi khi chúng là nguyên nhân gây ra những vấn đề về chất lượng điện năng

1.1.1 Các hiện tượng, biểu hiện liên quan đến chất lượng điện năng

Chất lượng điện năng sẽ được biểu thị bằng các hiện tượng khác nhau Sau đây là các biểu hiện chính:

ii) Mất điện thời gian ngắn (<1 phút);

iii) Mất điện thời gian dài (>1 phút);

iv) Sóng sụt điện áp và sóng tăng điện áp;

v) Quá độ điện áp, quá áp (đóng cắt, sét);

vi) Chập chờn;

vii) Mất cân bằng điện áp;

viii) Giá trị/biên độ điện áp (thấp áp và tăng áp lâu dài)); ix) Nối đất và

tương thích điện từ

Trong phần nghiên cứu này sẽ tập trung vào hai biểu hiện chính quan trọng nhất của chất lượng điện năng là biến thiên điện áp ngắn hạn và mất điện

1.1.2 Các vấn đề, ảnh hưởng của chất lượng điện năng

Khi chất lượng điện năng không được đảm bảo thì sẽ gây ra các mức độ ảnh hưởng khác nhau đối với các khách hàng sử dụng điện Trong đó có một số loại ảnh hưởng chính sau đây:

i) Cắt nhầm máy cắt và thiết bị bảo vệ theo dòng rò;

vii) Gây ra sự cố cho các động cơ và các thiết bị quá trình;

viii) Hỏng cho các động cơ và các thiết bị quá trình;

x) Các rơ le và các công tắc tơ tác động nhầm;

1.1.3 Các giải pháp nâng cao chất lượng điện năng

Để nâng cao chất lượng điện năng có nhiều biện pháp khác nhau Mỗi biện pháp có những ưu nhược điểm khác nhau và cũng phù hợp với từng khách hàng,

thiết bị điện Trong một nghiên cứu của Viện Đồng Châu Âu (European Copper Institute) tại 1.400 địa điểm trên 8 quốc gia cho thấy rằng có trên 50% khách hàng

sử dụng điện đã áp dụng 3 biện pháp: bảo vệ xung tăng áp, bộ lưu điện (UPS) và đo lường giá trị hiệu dụng Từ đó có thể nhận định rằng đây chính là 3 biện pháp hữu hiệu tại Châu Âu để nâng cao chất lượng điện năng

Hình 1.1 Các biện pháp nhằm nâng cao chất lượng điện áp

1.1.4 Bảng nội dung thiết kế có xem xét vấn đề chất lượng điện năng

Như đã trình bày ở trên để có được chất lượng điện năng tốt thì chúng ta cần phải xem xét ngay từ khâu thiết kế ban đầu Nhờ đó sẽ tránh được phải tiến hành sửa chữa, nâng cấp, cải tạo, thay đổi thiết kế sau này vừa tốn kém hiệu quả lại không cao Sau đây là bảng khuyến nghị các khía cạnh mà cán bộ thiết kế cần lưu tâm khi thiết kế hệ thống điện để đảm bảo chất lượng điện năng [6]:

Đo lường giá trị

hiệu dụng

Các mạch điện

chuyên dụng

Bảo vệ xung tăng áp

Bộ lưu điện (UPS)

Bảng 1.1 Các nội dung thiết kế xét yếu tố chất lượng điện năng

1.2 Biến thiên điện áp ngắn hạn và mất điện

1.2.1 Khái niệm chung về biến thiên điện áp ngắn hạn và mất điện

Hai hiện tượng điển hình, phổ biến liên quan đến chất lượng điện năng là biến thiên điện áp ngắn hạn và mất điện, do các sự cố trong hệ thống điện và các hoạt động đóng cắt để cách ly vùng sự cố Biểu hiện của chính của biến thiên điện

áp ngắn hạn và mất điện là biên độ điện áp nằm ngoài dải điện áp làm việc bình thường [4]

Biến thiên điện áp ngắn hạn (voltage sag) là hiện tượng có biên độ điện áp

hay dòng điện ở tần số định mức giảm về giá trị hiệu dụng (rms) trong khoảng thời gian từ 0,5 chu kì đến 1 phút Hai đặc tính đặc trưng của biến thiên điện áp ngắn hạn chính là biên độ biến thiên điện áp ngắn hạn và khoảng thời gian sụt áp

Biên độ biến thiên điện áp ngắn hạn là giá trị hiệu dụng (rms) của điện áp khi xảy ra biến thiên điện áp ngắn hạn được tính bằng phần trăm của điện áp danh định

Ví dụ nói biến thiên điện áp ngắn hạn 75% tại lưới điện 35 kV tức điện áp khi xảy

ra biến thiên điện áp ngắn hạn còn 26,25 kV

Thời gian biến thiên điện áp ngắn hạn là khoảng thời gian mà biên độ điện áp giảm xuống thấp hơn điện áp ngưỡng bằng 90% điện áp danh định

Trong lưới điện 3 pha: i) biên độ biến thiên điện áp ngắn hạn là biên độ thấp nhất trong 3 pha so với điện áp danh định; ii) thời gian biến thiên điện áp ngắn hạn

là khoảng thời gian biến thiên điện áp ngắn hạn kéo dài nhất trong 3 pha

Hình 1.2 – Biến thiên điện áp ngắn hạn của hệ thống điện

mạch kép khi một mạch bị ngắn mạch

ngắn hạn đến khi loại trừ được sự cố

Như thể hiện trên hình minh họa biến thiên điện áp ngắn hạn của một mạch kép khi một mạch bị sự cố, quá trình biến thiên điện áp ngắn hạn chỉ diễn ra trong 0,05 giây với điện áp vượt ra ngoài dải làm việc bình thường và biên độ điện áp thấp nhất chỉ bằng 65,8% điện áp định mức Hình 1.3 mô tả quá trình từ khi lưới điện đang hoạt động bình thường đến khi mất điện khi xảy ra ngắn mạch Lưới điện

sẽ bị mất điện tạm thời trong khoảng thời gian 4,983 giây và biên độ điện áp thấp nhất chỉ bằng 8,72% điện áp định mức Sau khi sự cố bị loại trừ, điện áp nằm trong dải hoạt động cho phép Như vậy có thể thấy rằng trong cả hai trường hợp biện độ điện áp đều bị thấp hơn nhiều điện áp định mức tức chất lượng điện năng không được đảm bảo và các thiết bị điện hoạt động thiếu chính xác

Biến thiên điện áp ngắn hạn tức thời diễn ra trong thời gian ngắn (thông thường 0,5-30 chu kì tức 0,01-0,6 giây) do các sự cố hệ thống điện và các phụ tải lớn khởi động Biến thiên điện áp ngắn hạn chỉ là hiện tượng biên độ điện áp nằm ngoài dải cho phép chứ không phải biên độ điện áp giảm về không (zero) Biến thiên điện áp ngắn hạn thoáng qua diễn ra trong 30 chu kì – 3 giây Biến thiên điện

áp ngắn hạn tạm thời diễn ra trong 3 giây - 1,0 phút do các hoạt động của Công ty điện lực xử lý các sự cố thoảng qua trong hệ thống điện Mất điện lâu dài là mất điện kéo dài quá 1 phút và do các sự cố duy trì gây ra

Biến thiên điện áp ngắn hạn được chia thành 10 vùng theo biên độ điện áp gồm có 8 vùng “sụt áp” bắt đầu từ

dải 10-20% đến 80-90% và 2 vùng

biên là 0-10% mất điện ngắn hạn và

90-100% vùng cấp điện danh định

[5]

Sau khi nghiên cứu tại một cơ

sở sản xuất công nghiệp thì thấy rằng

có 3 nguồn chính gây biến thiên điện

áp ngắn hạn là: sự cố trong mạch

song song (46%), lưới điện truyền tải

(31%) và lưới điện nội bộ của

chính cơ sở sản xuất đó (23%)

Để có thể khai thác hiệu

quả thiết bị điện trong điều

kiện cung cấp điện hiện tại của

khách hàng thì cần phải có

thông tin đầy đủ về sụt áp Khi

đó sẽ giúp cho vận hành thiết

bị tối ưu nhờ hợp lý hóa giữa

đặc tính hệ thống cung cấp

điện và hoạt động của thiết bị

Đầu tiên sẽ tìm hiểu về số

lượng và đặc điểm của biến thiên điện

áp ngắn hạn sinh ra do các sự cố lưới

điện truyền tải và lưới điện phân phối;

sau đó nghiên cứu phản ứng của thiết bị

Hình 1.5 – Các nguồn gây biến thiên điện

trước hiện tượng biến thiên điện áp ngắn hạn (xem hình vẽ minh họa) để từ đó xác định các thao tác vận hành thiết bị phù hợp với sự cố sụt áp; từ kết quả phân tích ở trên sẽ giúp các khách hàng tìm ra được các giải pháp khác nhau nhằm nâng cao hoạt động hoặc các phương án mua điện từ các nhà cung cấp điện khác (ít bị biến thiên điện áp ngắn hạn hơn) hoặc cải tiến chính hệ thống điện của khách hàng (giúp

chống chọi sự cố tốt hơn)

Độ nhạy của thiết bị bởi sự cố sụt điện áp rất khác nhau và phụ thuộc vào đặc tính của từng loại phụ tải, chế độ điều khiển và phạm vi ứng dụng của thiết bị Độ nhạy của thiết bị ảnh hưởng bởi biên độ và thời gian sụt áp

1.2.2 Vùng bị ảnh hưởng

Vùng bị ảnh hưởng bởi

biến thiên điện áp ngắn hạn và

mất điện là phần lưới điện

phân bố theo vùng không gian

địa lý có điện áp nằm ngoài

dải hoạt động bình thường

Trong vùng này các thiết bị

hoạt động thiếu chính xác, gây

ảnh hưởng đến thiết bị điện

Vùng sự cố được tính theo đơn

vị độ dài (km)

1.2.3 Các biện pháp ngăn

ngừa và loại trừ sự cố biến thiên điện áp ngắn hạn và mất điện

Có nhiều biện pháp được các Công ty điện lực, người sử dụng cuối cùng và nhà sản xuất thiết bị thực hiện để giảm số lần, giảm bớt cường độ biến thiên điện áp ngắn hạn của các lần biến thiên điện áp ngắn hạn và giảm bớt tính nhạy cảm của thiết bị trước hiện tượng sụt áp Biện pháp ít tốn kém nhất chính là các biện pháp được thực hiện ở cấp điện áp thấp nhất và gần phụ tải

Hình 1.7 Vùng bị ảnh hưởng của biến thiên điện

áp ngắn hạn và mất điện

Thủ tục đánh giá tính kinh tế để tìm ra phương án tối ưu để giải quyết biến thiên điện áp ngắn hạn gồm các bước sau:

ƒ Mô tả đặc tính chất lượng điện năng của hệ thống điện

ƒ Dự toán các phương án khác nhau để cải thiện chất lượng điện năng

ƒ Mô tả các giải pháp thay thế bao gồm các loại chi phí và tính hiệu quả của

từng phương án

ƒ Thực hiện phân tích so sánh kinh tế của các phương án

Trong các phương án thay thế cần xem xét cả chi phí đầu tư, vận hành và bảo dưỡng và thanh lý các đồ không sử dụng, chi phí về đất đai và thuế, chi phí hoạt động hàng năm Sau đây là ví dụ về chi phí đầu tư và suất chi phí O&M để khắc phục biến thiên điện áp ngắn hạn [4]

Bảng 1.2 Chi phí đầu tư và suất chi phí O&M khắc phục sự cố sụt áp

tư

Chi phí vận hành

và bảo dưỡng hàng năm (O&M) (% chi phí đầu tư)

I Bảo vệ - điều khiển (<5 kVA)

1.3 Thiết bị hiệu hỉnh biến thiên điện áp ngắn

hạn động

$250/kVA 5%

II Bảo vệ các thiết bị (10-300 kVA)

2.3 Thiết bị điều chỉnh biến thiên điện áp ngắn

hạn động

$200/kVA 5%

III Bảo vệ nhà máy (2-10 MVA)

Các công ty điện lực có hai biện pháp cơ bản để giảm số lượng sự cố và tính nghiêm trọng của sự cố biến thiên điện áp ngắn hạn gây ảnh hưởng đến hệ thống điện: i) Ngăn ngừa các sự cố; ii) Cải tiến các biện pháp loại trừ sự cố Các công ty điện lực sẽ thu được nhiều lợi ích từ việc ngăn ngừa sự cố: giúp cho khách hàng hài lòng mà còn ngăn ngừa các hư hỏng lớn đối với các thiết bị Các hoạt động ngăn ngừa sự cố gồm có: Chặt cây gần đường dây điện, đặt thêm các chống sét đường dây, vệ sinh cách điện, bố trí các hàng rào ngăn ngừa động vật Tại lưới phân phối cần tính toán nối đất cột điện để giải phóng năng lượng sét càng nhanh càng tốt Tại khu vực cây cối rậm rạp cần quan tâm kế hoạch chặt cây hợp lý Các biện pháp loại trừ sự cố bổ sung gồm có lắp đặt thêm các thiết bị đóng lại đường dây, cắt nhanh sự cố, cải tiến thiết kế các xuất tuyến, nhờ đó có thể giảm số lần hoặc thời gian mất điện tạm thời và sụt áp Tuy nhiên không thể loại trừ hoàn toàn sự cố Các biện pháp loại trừ sự cố gồm có:

1.2.3.1 Áp dụng các phối hợp quá dòng

Nguyên tắc phối hợp cần phải tối thiểu hóa tình trạng mất điện và phục hồi cung cấp điện Khi đó yêu cầu cần giảm thiểu phụ tải Tuy nhiên kèm theo là một số biện pháp khác từ Công ty điện lực để đảm bảo chất lượng điện năng thay vì tác động vào phụ tải để loại trừ sự cố

Có hai loại sự cố chính sau đây:

ƒ Sự cố thoảng qua: Như là lớp cách điện đường dây trên không bị đánh thủng Việc cấp điện sẽ được tiếp tục khi phóng điện hồ quang và thiết bị đóng cắt

tự động sẽ tác động trong vài giây Một số sự cố thoảng qua sẽ tự loại trừ sự

cố

ƒ Sự cố lâu dài: Khách hàng có thể bị mất điện trong vòng vài phút đến hàng giờ

Với các hệ thống phân phối hình tia sẽ giúp cho chỉ mất điện một mạch khi thao tác

loại trừ sự cố Với các sự cố lâu dài thì các thiết bị sẽ phân đoạn xuất tuyến bị sự

cố Khi đó khu vực sự cố sẽ bị cách ly còn khu vực khác sẽ vẫn được cấp điện Đây

chính là sự phối hợp các thiết bị bảo vệ quá dòng

Các thiết bị bảo vệ quá dòng trên một xuất tuyến gồm có:

ƒ Máy cắt xuất tuyến tại trạm biến áp: có khả năng cắt dòng 40 kA và được cấp tín hiệu điều khiển từ nhiều rơ le

ƒ Thiết bị đóng lại đường dây bố trí tại cột giữa chiều dài tuyến

ƒ Cầu chì đặt tại điểm cuối của các xuất tuyến chính

1.2.3.2 Lắp đặt cầu chì

Thiết bị bảo vệ quá dòng cơ bản nhất trong hệ thống điện chính là cầu chì: khá rẻ tiền và không cần bảo dưỡng Chúng được sử dụng rất rộng rãi trong lưới phân phối để bảo vệ các máy biến áp riêng lẻ và các đường nhánh

Nhiệm vụ cơ bản nhất của cầu chì là tác động khi có các sự cố lâu dài và cách ly khu vực sự cố Khi phát hiện quá dòng, thành phần cầu chì thường được làm

từ kim loại như thiếc hay bạc sẽ tan chảy do dòng hồ quang khi đó sẽ loại trừ dòng

loại máy cắt đặc biệt vừa có khả năng loại trừ sự cố vừa có khả năng đóng lại nhanh

lại gọi là: Thiết bị tự động đóng lại Loại cách điện của thiết bị đóng lại thường là

dầu hoặc khí SF6

Thiết bị đóng lại thường được lắp đặt tại đầu các nhánh đường dây và đôi khi

là ở các trạm biến áp nơi thường hay có sự cố thoảng qua.Thiết bị tự động đóng lại thường có những khoảng vượt đóng lại giữa các thao tác

Hiện nay có các thiết bị đóng lại ngay lập tức chỉ trong vòng 12-30 chu kỳ

(0,2-0,5 giây) Nhờ đó có thể giảm thời gian mất điện và nâng cao chất lượng điện năng

1.2.3.4 Tăng cường phân đoạn

Để tăng cường cấp điện sẽ sử dụng mạch điện hình tia sau trạm biến áp trung gian Lắp đặt các cầu chì 1 pha và 3 pha tại các mạch nhánh, hoặc sẽ bố trí một bộ thiết bị tự động đóng lại để phân đoạn thanh cái như hình vẽ sau:

Hình 1.8 – Mạch điện hình tia sử dụng các cầu

chì tại các mạnh nhánh

Hình 1.9 – Phân đoạn thanh cái bằng thiết bị tự động đóng lại

1.2.3.5 Lắp đặt thêm các thiết bị tự động đóng lại tại các điểm giữa dọc đường dây

Thực tế cho thấy các Công ty điện lực thường ưu tiên biện pháp lắp đặt thiết

bị tự động đóng lại trên đường dây để giảm bớt số lượng khách hàng mất điện thay

vì để các máy cắt tác động

1.2.3.6 Chỉ ngắt pha bị sự cố thay vì ngắt cả 3 pha

Hầu hết các thiết bị đóng cắt và thiết bị tự động đóng lại là thiết bị 3 pha Tuy nhiên nếu như trong mạch có nhiều phụ tải một pha có thể khuyến nghị xem

xét phương án lắp đặt thiết bị tự động đóng lại 1 pha để chỉ ngắt pha bị sự cố nhằm giảm thiểu số lượng khách hàng bị mất điện

1.2.3.8 Thay đổi đường đặc tính của thiết bị bảo vệ để phù hợp với điều kiện hiện tại của hệ thống điện

Do điều kiện làm việc của lưới điện sẽ thay đổi theo thời gian hoạt động nên cần thiết điều chỉnh, thay đổi đường đặc tính của thiết bị bảo vệ giúp bảo vệ quá dòng tốt hơn

1.3 Kết luận

Ngày nay chất lượng điện năng ngày càng được các Công ty điện lực, các khách hàng sử dụng điện quan tâm và áp dụng nhiều biện pháp nhằm nâng cao chất lượng điện năng Trong đó hai hiện tượng biến thiên điện áp ngắn hạn và mất điện được chú ý nhiều do chúng gây ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng hoạt động và tuổi thọ của thiết bị điện Chương 1 chủ yếu tập trung giới thiêu chung về định nghĩa, khái niệm, biểu hiện và các biện pháp nhằm giảm thiểu sự cố sụt áp Chương 2 sẽ nghiên cứu sâu về các chỉ tiêu đánh giá chất lượng điện năng trong lưới phân phối hiện nay đang được hầu hết các quốc gia trên thế giới sử dụng

CHƯƠNG 2 – BIẾN THIÊN ĐIỆN ÁP NGẮN HẠN VÀ CÁC CHỈ TIÊU

ĐÁNH GIÁ 2.1 Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy cung cấp điện trong lưới phân phối

Để đánh giá độ tin cậy cung cấp điện trong các lưới điện phân phối người ta thường sử dụng các chỉ tiêu SAIFI, SAIDI, CAIFI, CAIDI, ASAI Trong đó chỉ tiêu SARFI và ASIDI đang được sử dụng tại nhiều quốc gia lớn tại Châu Âu: Anh, Hungary, Ý, Na Uy, Séc, Bồ Đào Nha, Hy Lạp, Pháp, Lithuania, Thụy Điển, Estonia, Ireland, Đức, Hà Lan

Hình 2.1 – Đường cong SAIFI tại Châu Âu

2.1.1 Tần suất mất điện trung bình - SAIFI

Chỉ tiêu SAIFI biểu thị tần suất mất điện trung bình của hệ thống điện

SAIFI=

(Số lượng khách hàng bị mất điện)x(Số lần mất điện)

Tổng số lượng khách hàng Theo Tiêu chuẩn IEEE 1366-1998, tại Bắc Mỹ mỗi khách hàng sẽ bị mất điện khoảng 1,10 lần

2.1.2 Thời gian mất điện trung bình- SAIDI

Chỉ tiêu SAIDI biểu thị thời gian mất điện trung bình của hệ thống điện

SAIDI=

(Số lượng khách hàng bị mất điện)x(Thời gian mất điện)

Tổng số lượng khách hàng Theo Tiêu chuẩn IEEE 1366-1998, tại Bắc Mỹ SAIDI =1,50 giờ

2.1.3 Tần suất khách hàng bị mất điện trung bình- CAIFI

Chỉ tiêu CAIFI biểu thị tần suất khách hàng bị mất điện trung bình của hệ thống điện

CAIFI=

Số lượng khách hàng bị mất điện Tổng số lượng khách hàng bị ảnh hưởng

2.1.4 Thời gian trung bình khách hàng bị mất điện- CAIDI

Chỉ tiêu CAIDI biểu thị thời gian trung bình khách hàng bị mất điện của hệ thống điện

CAIFI=

∑ Tổng thời gian khách hàng bị mất điện Tổng số lượng khách hàng bị mất điện

Theo Tiêu chuẩn IEEE 1366-1998, tại Bắc Mỹ SAIDI =1,36 giờ

2.1.5 Mức độ sẵn sàng trung bình của hệ thống -ASAI

Chỉ tiêu ASAI biểu thị thời gian sẵn sàng phục vụ khách hàng trên tổng thời gian khách hàng có nhu cầu phục vụ (thường tính trong 1 năm là 8760 giờ)

ASAI=

∑ Tổng thời gian sẵn sàng phục vụ khách hàng Tổng thời gian khách hàng có nhu cầu phục vụ

Ghi chú: Giá trị mong muốn của các chỉ tiêu:

2.2 Các chỉ tiêu đánh giá hiện tượng biến thiên điện áp ngắn hạn trong lưới

phân phối

2.2.1 SARFI – Tần suất biến thiên điện áp trung bình

SARFI: System Average RMS Frequency Index voltage

Chỉ số SAIFI biểu thị số lượng sự kiện (sụt áp, mất điện ngắn hạn,…) mà mỗi khách hàng sử dụng điện gặp phải trong một đơn vị thời gian (thường tính trong 1 năm)

2.2.1.1 Chỉ số SARFI x

Chỉ số SARFIx tính trong 1 khoảng thời gian cho biết số lượng sự kiện biến thiên điện áp ngắn hạn diễn ra trong khoảng thời gian nửa chu kì đến 1 phút khi điện áp dao động vượt qua (lớn hơn hoặc thấp hơn) ngưỡng điện áp x (tính bằng % điện áp định mức) Ví dụ: SARFI90: ứng với trường hợp điện áp dao động thấp hơn ngưỡng 90% điện áp định mức SARFI110: ứng với trường hợp điện áp dao động cao hơn ngưỡng 110% điện áp định mức Chỉ số SARFIx được tính theo công thức:

s

∑

=

= 1 Trong đó:

- ns: số lượng sự kiện

- i: Sự kiện gây ra Voltage sag, trong phạm vi luận văn xét Voltage sag do

sự cố ngắn mạch gây nên vì vậy i sẽ ứng với mỗi loại ngắn mạch tại điểm

sự cố

- Ni: số lượng khách hàng bị ảnh hưởng trong sự kiện thứ i

- NT: số lượng khách hàng trong khu vực tính toán

2.2.1.2 Đường cong SARFI

Chỉ số SARFIx đặc trưng cho một

ngưỡng điện áp nhất định thì đường

điện áp ngắn hạn thì cặp thông số

biên độ biến thiên điện áp ngắn hạn

và thời gian biến thiên điện áp ngắn

hạn có nằm ngoài đường cong chịu

đựng của thiết bị không Nếu cặp

thông số nằm ngoài đường cong

chịu đựng thì thiết bị có thể sẽ bị ảnh hưởng tiêu cực Khi xảy ra sự cố, nếu năng

lượng cấp cho thiết bị thiếu hụt so với nhu cầu thì sẽ xảy ra sụt áp

Dựa vào đường cong chịu đựng điện áp người ta xây dựng lên 3 đường cong CBEMA, ITIC và SEMI

Đường cong CBEMA thể hiện khả năng

chịu đựng của máy tính xét riêng về biên

độ và thời gian biến thiên điện áp

Đường cong CBEMA do được phát triển

bởi Hiệp hội sản xuất và kinh doanh máy

tính vào năm 1977 Đường cong

CBEMA yêu cầu điện áp phục hồi 90%

Hình 2.2 – Đường cong CBEMA

Hình 2.3 – Đường cong ITIC

Đường cong SEMI được sử dụng để dự đoán các vấn đề biến thiên điện áp ngắn hạn trong công nghiệp sản xuất các

thiết bị bán dẫn Đường cong SEMI

được xây dựng bởi Tập đoàn Vật liệu

và thiết bị bán dẫn quốc tế Đường

cong SEMI được xây dựng do các thiết

bị SEMI không đáp ứng được tiêu

chuẩn, yêu cầu của đường cong

CBEMA Đường cong được xây dựng

từ kết quả đo lường trong vòng 30 năm

tại các cơ sở sản xuất thiết bị bán dẫn Đường cong SEMI yêu cầu biên độ điện áp trên 80% kể từ thời điểm 1 giây trở lên Và đường cong dựa trên số liệu về sử dụng năng lượng tối thiểu trong các thiết bị dự trữ năng lượng để lựa chọn các thiết bị như rơ le, các thiết bị cung cấp điện

2.2.2 ASIDI – Thời gian mất điện trung bình

ASIDI – Thời gian mất điện trung bình (Average system interruption duration Index): Chỉ số ASIDI biểu thị thời gian mất điện cho mỗi sự kiện trong một khoảng thời gian Đơn vị: giờ/năm Chỉ số ASIDI cho phép đánh giá độ tin cậy cho lưới điện phân phối

T

n i i i

S

t S ASIDI

- nn: số lượng nút trong hệ thống

- Sj: lượng công suất bị sự cố tại nút j ứng với mỗi lần mất điện

- ST: tổng công suất tại nút j

Hình 2.4 – Đường cong SEMI

Trong đó:

- k: số lượng thiết bị nhạy cảm với sự cố

- nv: số lượng loại thiết bị nhạy cảm với sự cố

- αjk: phần trăm thiết bị nhạy cảm của thiết bị k và nút j

- tk: thời gian phục hồi của thiết bị k

- ASIDI (jk): chỉ số ASIDI của nút j và thiết bị k

Chỉ số ASIDI cho toàn hệ thống lưới điện phân phối

S ASIDI

CHƯƠNG 3 – MÔ HÌNH TÍNH TOÁN BIẾN THIÊN ĐIỆN ÁP NGẮN HẠN

TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 3.1 Thông tin về biến thiên điện áp ngắn hạn trong lưới điện trong quá khứ

Nghiên cứu bài toán biến thiên điện áp ngắn hạn trong lưới điện phân phối thường tiến hành 3 bước tính toán cơ bản sau đây:

a Thu thập thông tin về biến thiên điện áp ngắn hạn trong lưới điện trong quá khứ bao gồm số lần biến thiên điện áp ngắn hạn và đặc tính biến thiên điện áp ngắn hạn tại phụ tải (nếu có) Từ đó tính toán, đánh giá hiện tượng biến thiên điện áp ngắn hạn trong lưới điện phân phối đang nghiên cứu

b Đánh giá khả năng chịu đựng của phụ tải trong lưới điện phân phối đang nghiên cứu đối với các biến thiên điện áp ngắn hạn khác nhau

c So sánh khả năng chịu đựng biến thiên điện áp ngắn hạn của phụ tải với hiện tượng sụt giảm điện áp trên lưới dựa vào kết quả tính toán từ hai bước trên và đưa ra kết luận

Thông tin về biến thiên điện áp ngắn hạn của lưới điện có thể có được từ hai phương pháp sau đây: sử dụng thiết bị đo lường và giám sát thực tế (Monitoring) hoặc tính toán dự báo ngẫu nhiên (Stochastic Prediction), luận văn này sử dụng

phương pháp dự báo ngẫu nhiên Phương pháp dự báo ngẫu nhiên sẽ cho phép

đánh giá biến thiên điện áp ngắn hạn gián tiếp thông qua nguyên nhân gây ra sụt áp

Ưu điểm của phương áp dự báo ngẫu nhiên sẽ cho độ chính xác như yêu cầu mong muốn với các lưới điện có cấu hình khác nhau và chế độ vận hành khác nhau

Phương pháp dự báo ngẫu nhiên gồm có các phương pháp sau đây: Phương pháp điểm sự cố (the method of fault positions); phương pháp đường căng tới hạn (the method of critical distances), phương pháp Monte Carlo (Monte Carlo method), phương pháp phân tích tiếp cận (analytical approach); luận văn này sử dụng

phương pháp điểm sự cố Phương pháp điểm sự cố cho phép tính toán biên độ và

thời gian biến thiên điện áp ngắn hạn theo 5 bước sau đây: i) Xác định khu vực sự

cố (ngắn mạch); ii) Chia khu vực sự cố thành các đoạn ngắn sao cho ngắn mạch

trong đoạn đó sẽ gây ra đặc tính biến thiên điện áp ngắn hạn như nhau trên phụ tải; iii) Mỗi điểm sự cố sẽ có tấn suất sự cố được xác định trên mô phỏng phân bố sự cố Tần suất ngắn mạch là số lần xảy ra sự cố ngắn mạch trong một năm tại mỗi đoạn sẽ được đặc trưng bởi một điểm sự cố; iv) Dùng chương trình mô phỏng tính toán ngắn mạch, đặc tính biến thiên điện áp ngắn hạn tại tất cả các nút trong lưới điện đang xét: tức tính toán cho mỗi điểm sự cố; v) Từ bước iii và iv sẽ được tổng hợp để đánh giá mức độ biến thiên điện áp ngắn hạn và đặc tính biến thiên điện áp ngắn hạn trong lưới điện phân phối đang nghiên cứu

Như vậy sẽ sử dụng kết hợp hai phương pháp dự báo ngẫu nhiên và phương pháp điểm sự cố để tính toán, đánh giá biến thiên điện áp ngắn hạn trong lưới điện phân phối

3.2 Mô phỏng phân bố sự cố

Trong phương pháp dự báo ngẫu nhiên, mô phỏng phân bố sự cố trong lưới điện sẽ cho phép tính toán tần suất sự cố ngắn mạch (hoặc số lần xảy ra sự cố ngắn mạch trong 1 khoảng thời gian) cho tất cả các sự cố khác nhau tại mọi vị trí trong lưới điện Mô phỏng phân bố sự cố bao gồm lựa chọn: điểm sự cố, loại sự cố và tính toán suất sự cố ứng với ừng sự cố

- Điểm sự cố: là điểm mà các loại ngắn mạch sẽ gây ra biến thiên điện áp ngắn hạn tại phụ tải cùng đặc tính sụt áp Đối với lưới phân phối với đặc trưng là các mạch hình tia ngắn thì điểm sự cố sẽ là một trạm biến áp (TBA) phân phối, đoạn đường dây ngắn nối giữa 2 TBA phân phối, giữa các nút trung gian và TBA phân phối, giữa các nút trung gian với nhau

- Loại sự cố: Nguyên nhân gây ra sự cố trong lưới điện có nhiều và đa dạng nhưng chia ra làm 2 yếu tố là hư hỏng của thiết bị (khuyết tật, ngắn mạch, )

và các nguyên nhân bên ngoài (sét, mưa, chim, ) Trong luận văn này nghiên cứu sự cố do ngắn mạch tại TBA phân phối và các nút trên đường dây phân bố đều trên ba pha gồm 4 dạng ngắn mạch sau đây với tỷ lệ các dạng ngắn mạch như sau [2]: